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Info

Publication number: DE2154962A1
Application number: DE19712154962
Authority: DE
Original assignee: Mine Safety Appliances Co
Current assignee: MSA Safety Inc
Priority date: 1970-11-27
Filing date: 1971-11-05
Publication date: 1972-06-08
Also published as: DE2154962B2; DE2154962C3; ZA715863B; AU3255571A; GB1320639A; US3686835A

Description

DR.-ItMa. DIPL.- NG. .··. JC. " Dl.'u -PH.S. DR. DIF>I PHVS.

HÖGER - STELLRtCHT- GRISSSBACH - HAECKER

PATENTANWÄLTE IN STUTTGART

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26. Oktober 1971 US Ser. No. 93,275

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Mine Safety Appliances Company 201 North Braddock Avenue Pittsburgh, Pennsylvania 15208 U. S. A.

Filtereinheit

Die Erfindung betrifft eine Filtereinheit. Bei vielen industriellen Anwendungsgebieten und vielen Industriebereichen ist es höchst erwünscht, periodische Messungen des in der Luft enthaltenden bzw. von der Luft beförderten Staubes zu machen, insbesondere Messungen des atembaren Staubes, welcher die unteren Lungenbereiche erreicht und dort verbleibt. Atembare Staubpartikel weisen gewöhnlich eine Größe von weniger als 5 Micron auf. Größere Partikel werden allgemein als nicht atembar angesehen und sind daher von keiner wesentlichen hygienischen Bedeutung.

Ein bekanntes System zur Messung und Bestimmung des Staubgehaltes und zur Entnahme von Staubproben verwendet eine Staubprobenausrüstung, die aus einer batteriebetriebenen Pumpe, einem Zyklonenscheider und au3 einer Filtereinheit besteht. Die Pumpe zieht die

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Staub- und sonstige Verunreinigungen enthaltende Luft nach einander bzw. aufeinanderfolgend durch den Zyklonenscheider und die Piltereinheit. Größere Staubpartikel v/erden dabei in dem Zyklonenscheider von der Luft getrennt, während die atembaren Partikel sich in dem Filter festsetzen. Die Piltereinheit wird,- bevor sie in die Probenausrüstung eingesetzt wird, sorgfältig gewogen und nach eina? angemessenen Untersuchungszeit wieder entnommen und

»erneut gewogen. Die Gewichtsunterschiede entsprechen dem von dem Filter abgeschieden Staubgehalt, aufgrund dessen das Staubgewicht pro Kubikmeter Luft bestimmt werden kann. Es bestehen hierbei gesetzliche Bestimmungen, die erfordern, daß das Gewicht der entnehmbaren FilteieLnheit 5 Gramm nicht übersteigt und daß es von dem Hersteller mit einer Genauigkeit von 4· 0,1.. Milligramm vorgewogen werden muß. Auch muß die Filtereinheit aus nicht hygroskopischem Material hergestellt werden, so daß das Gewicht nicht von dem Feuchtigkeitsgehalt der Luft oder der Proben beeinflußt wird. Es hat sich in diesem Zusammenhang als schwierig herausgestellt, diesen Bestimmungen zu genügen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Filtereinheit zu * schaffen, die diesen Anforderungen Genüge leistet und leicht und sicher zu handhaben ist. Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung aus von einer Filtereinheit und besteht darin, daß eine flache Schale aus nichthygroskopischem Material mit einer zentralen Einlaßöffnung an ihrer Basis und einer ringförmigen äußeren Schulter, eine gegen die Schulter gelagerte Filterscheibe, eine poröse, die Filterscheibe abdeckende Feststellscheibe und Verbindungsanordnungen (Flansch) zur Befestigung der Scheiben zur Bildung einer hohlen Kapsel vorgesehen sind, und daß eine aus zwei Teilen bestehende trennbare und die Kapsel aufnehmende Kassette vorgesehen ist, wobei die Schulter und die Kantenbereiche der Scheiben zwischen den Kassettenteilen eingespannt sind.

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Die erfindungsgemäße Einheit besteht daher aus zwei Teilen, einer Kassettenanordnung, die u.U. wieder verwendet werden kann, und einer Filterkapsel, die selbst wieder aus einer flachen, vorzugsweise kegelförmig ausgebildeten Schale besteht mit einer zentralen Öffnung, wobei auf den oberen Bereich der Schale zunächst die Filterscheibe und dann eire abdeckende.,, schützende. Feststellscheibe aufgelegt ist; die Teile werden dann miteinander verbunden und bilden eine hohle Kapsel. Diese Kapsel wird in eine zweiteilige Kassette eingesetzt, wobei die Kassettenränder die Kapsel einspannen und festhalten. Die Kassette weist Einlaß- und Auslaßöffnungen auf, die mit der Einlaßöffnung der Kapsel übereinstimmen, Bei der besonderen Ausführungsform bildet das Filter bzw. die das Filter abdeckende Feststellscheibe noch mit der sie abdeckenden Halbschale der Kassette eine Kammer aus. Nach der Messung wird lediglich die leichtgewichtige Kapsel aus der Kassette entnommen und gewogen, so daß auf diese Weise eine äußerst genaue Bestimmung des Luftstaubgehaltes möglich ist.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche und in diesen niedergelegt.

Im folgenden werden Aufbau und Wirkungsweise eines Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren im einzelnen näher erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1 die erfindungsgemäße Filtereinheit in perspektivischer Sicht,

Fig. 2 einei Längsschnitt entlang der Linie II-II der

Fig. 3 eine Aufsicht auf di-j Kapsel, die in die untere Halbschale der Kassette eingesetzt ist,

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Fig. 4 teilweise im Schnitt eine explodierte Darstellung der Filtereinheit, während

Fig. 5 eine vergrößerte Teildarstellung zeigt.

In den Zeichnungen ist ein kassettenähnliches Gehäuse dargestellt, das aus zwei halbschalenförmigen Teilen 1 und 2 besteht, die miteinander in abdichtender Weise verbunden sind, jedoch leicht getrennt werden können. Vorzugsweise bestehen die beiden Halbschalen 1 und 2 aus gegossenem oder gespritztem Kunststoff. Die eine Halbschale ist mit einer hervorstehenden, kreisförmigen Rippe bzw. Flansch 3 ausgestattet, der bündig in den anderen Halbschalenteil zur Bildung einer Abdichtung eingesetzt wird; zu disem Zweck ist die andere Halbschale an ihrer offenen Seite mit einer der Rippe gegenüberliegenden, inneren, ringförmigen Schulter h versehen. Die beiden Halbschalen können von einem Band 6 zusammengehalten werden, das beide Teile umgibt und auf die Halbschalen aufgeschrumpft oder sonstwie aufgebracht ist. Dieses Band dient gleichzeitig als zusätzliche Dichtung. Hält jedoch in diesem Falle das Band die beiden Halbschalen des Gehäuses dicht und fest genug an-

" einander und bildet auf diese Weise eine ausreichende Dichtung, dann ist es nicht notwendig, daß die Rippe 3 mit der gegenüberliegenden Halbschale ebenfalls noch eine Dichtung ausbildet. Die gegenüberliegende Wand der einen Halbschale des Gehäuses ist mit einer zentralen Einlaßöffnung 7 versehen, während die Rückwand der anderen Halbschale mit einer zentralen Auslaßöffnung 8 versehen ist. Indem man beiden Öffnungen eine unterschiedliche Größe verleiht, oder indem man die Außenwände der Öffnungen mit unterschiedlichen größeren Durchmessern versieht, begegnet man der Gefahr einer Verwechslung, die auftreten könnte, wenn man die falschen Anschlüsse mit der Pumpe und dem Zyklonenscheider der Staubprobenausrüstung verbindet.

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Im Inneren des Gehäuses ist entnehmbar eine Filterkapsel angeordnet, die aus drei Einzelelementen gebildet ist. Eines dieser Einzelelemente besteht aus einer flachen Schale 10, die vorzugsweise aus Aluminiumfolie hergestellt ist, aber auch aus einem hochdichten, nichthygroskopischen, steifen Kunststoff sehr dünner Wandung bestehen kann. Die flache Schale 10 weist eine zentrale Einlaßöffnung 11 in ihrem Basisteil auf und ist mit einer ringförmigen inneren Schulter 12 über den äußeren Umfang versehen. Am besten wird die flache Schale zur Vereinfachung ihrer Herstellung und zur Reduzierung des verwendeten Materials in einer konischen Bauweise ausgeführt. Der Einlaß befindet sich an der Spitze bzw. an der Basis des flachen Schalenteils und ist von einer nach innen gebogenen Kante 13 umgeben. Gegen die äußere Schalenschulter ist das zweite Kapselelement gelagert, welches aus einer dünnen Filtermembran 14 in Form einer Scheibe besteht. Das dritte Element der Kapsel stellt eine hochporöse Feststellscheibe 15 der gleichen Größe wie die Filterscheibe dar und bedeckt und erfaßt die Außenseite der Filterscheibe. Diese

von einem
beiden Scheiben werden/sie hintergreifenden, wieder nach innen gewölbten Flansch 16 der flachen Schale 10 festgehalten, wobei der Flansch 16 einstückig mit der Schale 10 ausgebildet ist und den Rand der Feststellscheibe überlappt, so daß die Kanten der beiden Scheiben zwischen der Schulter 12 und dem Flansch der Schale 10 eingeklemmt sind (siehe die Detaildarstellung der Fig. 5). Die Feststellscheibe ist aus nichthygroskopischem Material hergestellt, äußerst leichtgewichtig, fest und dauerhaft. Die Seriennummer der Kapsel kann auf dieser Scheibe eingepreßt oder gedruckt sein. Schließlich ist es auch möglich, auf den Plansch 16 zu verzichten, wenn die Randkanten der beiden Scheiben mit der flachen Schale 10 verklebt oder durch Wärmeeinfluß aufgeschmolzen und abgedichtet sind.

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Die Kapsel wird in den Körper eingeführt, indem nan sie in die Aufnahme-Halbschale 1 des Körpers einlegt. Vorzugsweise weist dieser Halbschalenteil des Körpers die gleiche Form wie die flache Halbschale 10 auf und stellt den Teil dar, der mit der Schulter ¹J ausgestattet ist. Die Halbschale 1 des Körpers und der flache Schalenteil erfassen einander bündig an der Innenseite der Einlaßöffnung. Nachdem die Kapsel in die erste HaIb- * schale 1 des Körpers eingelegt worden ist, wird die andere obere Halbschale des Körpers aufgesetzt. Dabei erfaßt die Rippe 3 den Plansch der Kapsel und preßt Plansch, Kapselschulter 12 sowie die Kanten der beiden Scheiben fest zusammen zwischen der Rippe 3 und der Schulter k der Halbschale 1. Anschließend wird das Schrumpfband aufgesetzt, welches die Kapsel in dem Körper festhält und die Körper zusammenhält.

Luft, die in die Einlaßöffnung des Körpers eintritt strömt somit durch die Kapsel und tritt an die Auslaßöffnung 8 wieder aus. Dabei verhindern zueinander, im Abstand angeordnete, bogenförmige Vorsprünge 18 am oberen Teil des Körpers, d.h. an der Halbschale 2, daß die Peststellscheibe gegen die obere Wand gezogen wird und " auf diese Weise den Auslaß abschließt. In der Luft enthaltende Staubpartikel werden von dem Filter in der Kapsel festgehalten. Nach einem vorgegebenen Zeitablauf wird der Körper geöffnet und die Kapsel entnommen. Die Entnahme kann dadurch erleichtert werden, daß man den Flansch des flachen Halbschalenteiles mit einer einstückigen Lasche 19 versieht (siehe Fig. 3), die von einer Zange oder Pinzette erfaßt werden kann, so daß die Kapsel aus dem konischen Halbteil des Körpers herausgezogen werden kann. Staubpartikel, die in die Kapsel gelangt sind, jedoch der Filterscheibe nicht anhängen, verbleiben dabei im Inneren der Kapsel, da die Kante 13 um die Einlaßöffnung dazu beiträgt; ein Herausfallen derselben zu verhindern; auf diese Weise wird ein Verlust an Staub während der Entnahme und der nachfolgenden Verfahrensschritte verringert.

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Einsätze 20 dichten dabei die Einlaß- und Auslaßöffnungen des Körpers ab, bis dieser zur Verwendung eingesetzt *ird. Diese Einsätze können später wieder verwendet werden, wenn die Einheit aus der übrigen Probenausrüstung entnommen wird, um die Staubprobe zu schützen, bis die Kapsel aus dem Körper bzw. der Kassette entnommen und gewogen wird.

Die beschriebene Pilterkapsel besteht aus nichthygroskopischem Material und weist ein sehr geringes Tara-Gewicht verglichen mit dem Gewicht der Staubprobe auf. Die Filterscheibe ist von der flachen Halbschale und der Feststellscheibe geschützt, auch tritt kein Verlust an FiIterscheibenmaterial aufgrund Anklebens und Festhaftens an der Kassette auf, wenn die Kapsel entnommen wird. Die Kapsel kann leicht eingesetzt und aus der Kassette entnommen werden, die ein robustes Schutzgehäuse für die Kapsel bildet.

Es versteht sich, daß auch andere Ausgestaltungen, beispielsweise hinsichtlich der speziellen Formgebungen der in den kassettenr förmigen Körper einzusetzenden Kapsel im erfindungsgemäßen Rahmen verbleiben.

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P a t e η t a rl s ρ r ü c h e :

( l.\ Filtereinheit, dadurch gekennzeichnet, daß eine flache Schale (10) aus nichthygroskopischem Material mit einer zentralen Einlaßöffnung (11) an ihrer Basis und einer ringförmigen äußeren Schulter (12), eine gegen die Schulter (12) gelagerte Filterscheibe (1*1), eine poröse, die Filterscheibe abdeckende Feststellscheibe (15) und Verbindungsanordnungen (Flansch 16) zur Befestigung der Scheiben (14, 15) zur Bildung einer hohlen Kapsel vorgesehen sind, und daß eine aus zwei Teilen (1, 2) bestehende trennbare und die Kapsel aufnehmende Kassette vorgesehen ist, wobei die Schulter (12) und die Kantenbereiche der Scheiben (I¹I, 15) zwischen den Kassettenteilen (1, 2) eingespannt sind.

2. Filtereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der eine der Kassettenteile (Halbschale 1) die flache Schale (10) der Kapsel aufnimmt und eine zentrale mit der Kapseleinlaßöffnung (11) übereinstimmende Einlaßöffnung (7) aufweist, wobei die Kapsel und der Kassettenteil (1) sich gegenseitig im inneren Bereich der Einlaßöffnung (7) erfassen, und daß der andere Kassettenteil (2) die Scheiben (I¹I, 15) abdeckt und an seiner abgekehrten Seite mit einer zentralen Auslaßöffnung (8) versehen ist, und wobei die Feststellscheibe (15) die eine Wand einer Kammer ausbildet, die von ihr und dem oberen Kassettenteil (2) gebildet ist.

3. Filtereinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die offene Seite einer der die Kassette bildenden Halbschalen (1) mit einer ringförmigen äußeren Schulter (¹I) versehen ist, und die andere Halbschale (2) eine ringförmige Rippe (3) aufweist, und daß die ring-

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förraige äußere Schulter (12) der Kapsel und die Scheiben zwischen der Kassettenschulter (¹O und der Rippe (3) festgeklemmt sind.

k» Filtereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß um die Auslaßöffnung (8) der Kassette Vorsprünge (18) vorgesehen sind, die sich in die von der Feststellscheibe und der oberen Halbschale (2) gebildete Kammer erstrecke« und die Feststellscheibe (15) zu der gegenüberliegenden Wandung der Halbschale (2) im Abätand halten.

5. Filtereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis ⁴I, dadurch gekennzeichnet , daß an der Verbindungslinie der beiden, die Kassette bildenden Halbschalen (1, 2) ein abnehmbares, über den Umfang laufendes Abdichtband (6) vorgesehen ist, das die Halbschalen zusammenhält.

6. Filtereinheit nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Bereiche der flachen Schale (10) in Form eines nach innen umgewölbten Flansches (16) die Scheiben (I¹I, 15) erfassen und festhalten.

7. Filtereinheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß der Kapselflansch (16) zur leichten Entnahme der Kapsel aus der geöffneten Kassette mit einer nach innen vorspringenden Lasche (19) versehen ist.

8. Filtereinheit nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß um die Einlaßöffnung der Kapsel eine nach innen hochgebogene Kante (13) angeordnet ist.

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9* Piltereinheit nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die flache Schale aus einer Metallfolie hergestellt ist, deren einstückiger Plansch (16) die Randbereiche der eingesetzten Scheiben (14, 15) überlappt und festhält.

10. Piltereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch »gekennzeichnet, daß die flache Schale kegelförmig ausgebildet und an der Kegelspitze mit einer Einlaßöffnung (11) versehen ist.

11. Filtereinheit nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenteil der die Kapsel aufnehmenden ersten Halbschale (1) der Kassette ebenfalls in entsprechender Anpassung kegelförmig ausgebildet ist und die kegelförmige flache Schale erfaßt.

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